渗氮的同时是否也渗入氢？

两湖两广两河山

气体渗碳和气体氮化是否会产生“氢脆”？确实需要更多的实证加以说明。
1、关于气体渗碳过程产生“氢脆”，应集中在经过渗碳－淬火－回火后，即渗碳零件的最终热处理完成后还是否有“氢脆”上，因为即便是渗碳过程中有吸氢现象，在随后的淬火加热、回火加热中，如有氢的渗入，应该去氢了。这一点我比较认同胡志忠主编的《钢及其热处理曲线手册》中比较严谨的表述：“渗碳时，炉气气氛中的氢向钢中扩散，直接淬火时来不及析出，以过饱和状态存在于钢中而导致氢脆；氢脆现象仅出现于18Cr2Ni4W等高合金钢中”。
2、现在不少气体渗碳炉，渗碳过程中通入大量氮气以调节碳势维持炉压，会不会有氮渗入？
3、电镀检查含氢量的方法检测渗碳零件，能否有效？

孤鸿踏雪

请问40#楼（motion-0576）：当渗氮进行到一定程度后，假如工件表面已形成了一层完整的化合物层（膜），那么，这个白层是否会阻止新生氢原子的继续渗入？

motion_0576

1 氮化过程中形成的化合物层（ε、γ）是否会阻挡【H】扩散？我的理解应该是会减小，但不一定会“完全阻挡”，没有看到过这方面的报道。但渗碳淬火后回火温度高形成的氧化膜会阻碍（降低扩散系数）【H】逸出，有相关报道。因此，单从去氢角度不希望合金渗碳钢回火温度高于200℃。
2 真空渗碳是不产生吸氢的，离子氮化是否会吸氢本人没看到过报道，不知同仁是否有相关资料共享。
3 提供几张99年浙江XX摩托车离合器从动盘08Al软氮化后装车台架试验断裂断口照片。
3.1 原始断口照片显示沿晶，有氢脆迹象，但是否是氢脆也存在争议。说明：原始断口没有清洗干净，上面有外来杂质。
3.2 打断断口是在原断口附近人为打断新断口。
3.3 打断断口因为加载速度影响，沿晶没有原始断口明显。

yangxinshan

既然渗碳时，炉气气氛中的氢向钢中扩散，直接淬火时来不及析出，以过饱和状态存在于钢中而导致氢脆；那么就不会氢脆现象仅出现于18Cr2Ni4W等高合金钢中。
只不过18Cr2Ni4WA反应明显罢了，18Cr2Ni4W一般低温回火除氢效果不明显，重新加热淬火性能提高显著。
离子渗氮氢脆倾向很低，个人观点：这就是离子渗氮疲劳性能高于气体渗氮的主要原因之一

yangxinshan

“渗碳时，炉气气氛中的氢向钢中扩散，直接淬火时来不及析出，以过饱和状态存在于钢中而导致氢脆；氢脆现象仅出现于18Cr2Ni4W等高合金钢中”。
氢脆现象仅出现于18Cr2Ni4W等高合金钢中，这种提法是否值得商榷？
对于高强度钢氢脆的敏感性比较显著，但20CrMnTi等很多材料经渗碳淬火后强度都在1000Mp以上，对于强度在1000mp以上材料都存在氢脆的敏感性的，并不是氢脆现象仅出现18Cr2Ni4W等高合金钢中

孤鸿踏雪

44#楼：
      我个人认为，如果渗氮件表面脆性像我30#帖所描述的，那么，由于离子渗氮所形成的白亮层主要是单相（Fe4N）组织，所以离子渗氮表层脆性小于普通氮化就不奇怪了。

天山雪莲

我在这里提个问题：
     氮化件的表面高硬度来自何种物质？是表面ε相（一般表达式为Fe2~3N，氮原子有序地占据由Fe原子组成的密排六方晶格的间隙位置，其显微硬度约为265 HV）？还是γ/相（一种成分可变的间隙相，含氮在5.7~6.1％范围内，当含氮量为5.9时，其成分符合Fe4N化学式，氮原子有序地占据由Fe原子组成的面心立方点阵的间隙位置，硬度约为550 HV）？可是按照上述解释，二者的显微硬度并不高。那么，常用的中碳低合金结构钢氮化后表面硬度要求600HV以上是如何实现的？希望专家给予解答。

孤鸿踏雪

天山雪莲（48#楼）：
     其实你提的问题也是我多年百思不得其解的问题。
     有资料介绍：渗氮层的高硬度，不仅因为合金氮化物本身的硬度高，而且与合金氮化物的状态有关。有人认为氮化物的晶格常数比基体α相大得多。因此，当它与母相保持共格联系时，会使母相晶格产生很大的弹性畸变，阻碍位错运动，提高硬度。显然，弥散强化的效果与合金元素的种类、氮化物与母相的共格程度及氮化物的弥散度有关。不同合金元素的硬化效果是不同的。渗氮温度与生成氮化物的结构都影响渗层硬度。渗氮温度过高，氮化物与母相脱离共格并聚集球化，硬度下降。
     还有人用GP区的形成来解释渗氮强化的机理。认为在低于共析温度渗氮时，最大显微硬度区域在扩散层，这是因为在过饱和的α相中发生合金元素原子与氮原子偏聚，形成类似于铝合金具有的那种GP区。

一张餐巾纸

补充一点认识
47楼提出了一个令喜爱学习的朋友受到启发的问题。杨工重点对渗氮扩散层的硬度和合金元素之间的关系在理论上给予了简明的回答。
    仅就表面化合物（白亮层）的问题，补充一点相关知识的学习心得。
     天山雪莲朋友列出的ε和γ,相的硬度是纯铁与氮的化合物的硬度值。然而，这两种化合物还可以溶解‘碳’，相关资料显示；γ相在500～600℃时最大的碳溶解度为0.2％；ε相中碳的最大溶解度则随温度不同而有所变化，由450℃的～5％到700℃的3％。（这可不是什么‘微量’值，而是溶解度相当大。参阅Fe-N-C三元平衡图），有人用ε（C）、γ，（C）来表示。‘碳’的溶入可在一定限度内提高其硬度。
    所以，在碳素钢上，同一工艺条件下渗氮时，形成的白亮层是随着钢的含碳量增加而有所提高。氮碳共渗正是利用这一特性在渗氮气氛中添加一些供碳剂，使白亮层中的‘碳’按照人为的意愿增多，在含碳量低的碳素钢表面也能够获得碳溶解度较大的白亮层组织，从而使其硬度和其它某种性能得到改善。
    要指出的是氮碳共渗时，供碳剂过多，超过了该温度下化合物相的溶解限度，或者温度变（波）动大时，则会在白亮层中形成或析出碳化物类（FxC）的第三相。
    关于白亮层的相结构问题，前人已经做了不少研究。展开来看，不同的相结构对性能的影响同样具有多样性和复杂性，不是一个硬度问题就可以概括得了的，如何取舍，如何控制，应用得恰到好处，在理论上和实践中都有值得继续深入探讨的空间。
    对否？可商榷，共同提高。

天山雪莲

感谢孤鸿专家的回复！更感谢一张餐巾纸前辈的解答和补充，本人受益匪浅，有问题再向二位请教！

jrqshr

这个贴从前到后我看完了，受益颇多，在此谢谢各位前辈。
不知道各位前辈有没有注意过  Cr   这个元素，
无论是渗氮、渗碳、碳氮共渗、有时候还包括表淬，
Cr这个元素总是个不稳定因素。

孤鸿踏雪

回复一张餐巾纸（49#楼）
     首先感谢老前辈参与该问题讨论，其次，对您关于氮化工件表面高硬度的答疑表示最诚挚的谢意！您（对我48#帖）的补充，使我弄清了多年来想弄清而一直未弄清的问题！当真是受益匪浅！
     当然，我还有一些问题需要请教，待我理清思路后再发帖询问。

一张餐巾纸

回复杨工（52#）
    您在这个论坛解答了许多技术问题，同论坛中一群从事现场热处理专家、学者和老师傅一样，真心诚意的帮助了好多初学热处理朋友，对论坛的建设、普及热处理知识和传授实用技术起了很好的作用，受人尊敬！
    您客气了！关于渗氮和氮碳共渗中的问题，其实我也只知道一些皮毛，这点皮毛心得，是对还是错，也是个不见得的事情。
    不过我看到，好些热处理读物，在谈到‘氮碳共渗（软氮化）’问题时，大都用‘在A1温度以下（或铁素体状态下），同时将氮、渗碳入钢件表面，并以渗氮为主’的描述。一带而过，给人是一种似明非明、似懂非懂的概念。
    在讲课时，一般都是把氮碳共渗放在渗碳和渗氮的后面来讲授，上述描述，虽然简单但不够明晰，很容易给人产生‘误解’，如果不展开特意说明，知识的接收者会自然与渗碳产生联想，误以为‘碳’也像渗碳那样渗到基体中去了，只是‘由于温度低而渗入得少而浅一些’罢了！
    这一段抄来抄去只是谈及现象没有说明实质的文字描述，当初我也发生过误解，细想又说不通，弄得糊里糊涂不知是怎么一回事；也很可能误导了我们热处理工作者中的好多人，灌输了一种似是而非的概念。
    人们的概念一旦建立，很容易固化，难以更改。我们是应用科学工作者，用不够准确的概念难以正确的指导实践，达不到预期的结果，使‘举一反三’的创新思维夭折。
    把问题的实质弄明白，层次越深越有意义，所以，发帖最后附有：‘对否？可商榷，共同提高’。

trainman

指正杨工一点,氮气非惰性气体,而是中性气体,在某些环境下还是会和某些合金反应,如在高温下氮气破坏铁铬铝丝的AL2O3层,钛合金真空处理不宜用氮气冷却.

孤鸿踏雪

衷心地感谢54#楼更正！

天山雪莲

我再提个新问题：
     氮化工件入炉前要进行清洗，而且都知道它的清洗要比渗碳件的清洗要求高，这是为什么？大家都用什么清洗？过去我们用普通汽油清洗，后来改用普通煤油清洗，现在老板为了降低成本又让用金属清洗剂清洗，这样可以吗？会不会产生不良影响啊？

lsq142

这还没考虑过，不过看了各位的学习了很多，N-Fe的亲和力强比H-Fe的亲和力强，H应该是会有，但量会很少，不足以提及

孤鸿踏雪

仅仅从N和H与Fe的亲和力考虑，当然是优先渗入N，形成氮化物，但H的渗入可形成间隙固溶体。

孤鸿踏雪

天山雪莲（56#帖）：
     你的问题搁置了几天，竟然没有人回答。我过去在国企一直用普通汽油清洗氮化工件表面，后来到了私企，他们（包括我现在所在的公司）都用煤油清洗，事实证明，没有可以代替汽油，汽油是易燃易爆危险品啊，这是好事，但用金属清洗剂清洗则需要慎重考虑：金属清洗剂的成分是什么，对工件有无腐蚀作用或其它不良影响是值得推敲的！

天山雪莲

56#楼（孤鸿专家）：
     感谢你的回答，佩服你的严谨。我司正是在氮化时，有领导出馊主意：让用金属清洗剂代替煤油，氮化后出现了锈蚀现象，起初怎么也找不到原因，氮化件本身有一定的抗蚀能力，可刚氮化的工件隔夜就发生锈蚀，后来怀疑是清洗剂惹的祸，改回煤油后，锈蚀现象立即消失。